旨向初中学生核心素养的“浮力”教学

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 旨向初中学生核心素养的“浮力”教学 摘 要：伴随着“学生核心素养” 的提出，面向科学教学的“科学核心素 养”得以关注与践行。论文立足于浙江 省综合科学教学实践，以初中科学核心 概念“浮力”为例，提出旨在促进中学生 科学核心素养的科学教学应该关注学生 原有认知，开展科学观念显性教学；以 概念图教学，凸显科学思维；利用科学 史与科学探究，促进学生对科学是什么 的认识。 中国论文网 /9/view-13004256.htm 关键词：科学观念；科学思维； 科学态度与责任；科学史与科学探究 中图分类号：G633.7 文献标识 码：A 文章编号：1003-6148（2017） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 11-0012-4 2016 年 9 月，我国学生发展核心 素养研究成果发布。学生发展核心素养 的总体框架以培养“ 全面发展的人 ”为核 心，分为文化基础、自主发展、社会参 与三个方面1。针对具体的学科教学， 提出了“学科核心素养 ”，如物理核心素 养包括物理观念、科学思维、科学探究、 科学态度与责任四个方面。物理核心素 养的提出对物理教学提出了新的要求， 需要对教学进行顶层设计，关注学生的 差异，紧扣科学本质，为学习设计教学。 由于“浮力”是物理核心概念，也是学生 常出现前概念与难以转化理解的内容， 因而在此以“ 浮力” 教学为例，分别从科 学观念、科学思维与科学是什么的认知 等方面阐述，旨向初中学生核心素养的 培养。 1 关注原有认知，开展科学观念 显性教学 科学观念包括物质观、运动观、 能量观、相互作用观等要素，科学观念 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 的凸显需要立足于学生原有认知基础上 的科学概念学习，明确学生学习的起始 分析能力和已经形成的背景知识与原有 认知，在前概念的转化过程中进行科学 观念的显性教学。如“ 浮力 ”是初中的核 心概念，初中学生往往在生活体验与小 学科学学习后容易产生前概念，即浮在 液面的物体受到的浮力大，沉入液体中 的物体受到的浮力小，往往还理不清楚 浮力与物体密度、液体密度、液面深度、 物体体积等物理量的关系。基于浮力产 生的原因“流体对物体向上的压力与向 下的压力形成的压力差” ， “浮力”概念教 学中蕴含着“ 运动观” （可以从物块在液 体中受到的浮力与物块重力的关系来判 断物体的沉浮情况悬浮、漂浮、上 浮还是下沉等） 。 依据概念学习的理论， “浮力” 的 教学是一个新、旧观念冲突的过程，即 引发学生认知发生冲突的过程。依据 Posner 等人提出的概念转变条件2，即 对现有概念的不满、新概念的可理解性、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 新概念的合理性与新概念的有效性，科 学教学中需要在关注学生原有认知的同 时，利用情境体验与科学实验引发学生 对现有概念的不满与新概念的学习。如 设计“活动与体验 1”：把一个鸡蛋置于 水中，观察鸡蛋的浮沉情况。在水中加 食盐并搅拌，直到不能继续溶解为止 （加足够的食盐后静置一夜或加热待冷 却） ，再观察鸡蛋的浮沉情况。由此引 发学生思考“ 沉入水中的物体受到浮力 吗？”“加食盐过程中会出现哪些沉浮现 象？”“水中鸡蛋受到的浮力与盐水中的 鸡蛋受到的浮力大小一样吗？”等问题。 引发学生认识到原先认知中“鸡蛋在水 中是沉的就不受浮力，在盐水中鸡蛋是 浮的才受到浮力” 的不足（这认知无法 解释鸡蛋上浮的整个过程） ，让他们在 “鸡蛋浮起来了 ”这一实验现象中思考为 什么鸡蛋会呈现不同的运动状态，即理 解“下沉、悬浮、上浮、漂浮及其原因” 。 结合学生实验体验、观察，引导学生绘 制鸡蛋不同运动状态下的受力情况（如 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 图 1）并理解受力情况。 这一过程不仅可以引导学生理解 浮力产生的原因，以及让学生认识到浮 力与重力大小的关系，还可以判断物体 在液体中的运动状态，也可以进一步让 学生学会根据液体密度与物体密度的关 系来判断物体在液体中的运动状态。而 且，实验体验与理性分析过程中可以显 性地开展“运动观 ”的教学，引导学生了 解运动是物质的根本属性，静止是运动 的特殊状态，是物质运动在一定条件下、 一定范围内处于暂时稳定的平衡状态； 绝对运动与相对静止的辩证统一等。为 了拓展深化学生对“ 浮力”概念的理解与 应用（密度计、轮船、潜水艇等） 、 “运 动观”的理性认识，可以进一步以乒乓 球在底面开口的矿泉水瓶中的实验来深 化理解（如图 2） 。实验步骤如下： 2 以概念图教学，凸显科学思维 从现行理科课程标准的目标旨向 来看，学科核心素养成为理科教学所共 同关注的。不管是物理核心素养中的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 “科学思维”3还是化学核心素养中的 “论证推理与模型认知 ”4、生物核心素 养中的“理性思维 ”5等的内涵，都突显 了对科学思维的关注与强调，特别提出 生物核心素养包括生命观念、理性思维、 科学探究与社会责任；物理核心素养包 括物理观念、科学思维、科学探究、科 学态度与责任四个方面，成为学生终身 发展与社会需要的必备品格与关键能力。 科学思维主要包括模型建构、科学推理、 科学论证、质疑创新等要素6，科学思 维的培养隐含于中学物理教学中，表现 为学生论证思维与批判性思维的提升， 主要表现在：学生能正确运用科学思维 方式，进行定量与定性的科学推理；使 用科学证据的意识与评估科学证据的能 力，运用证据对研究问题进行描述、解 释与预测，要求学生通过物理教学过程， 形成批判性思维的意识，能基于证据大 胆质疑、从不同角度思考问题、解决问 题。国际学生评价项目 PISA 提出科学 素养包括“学生必须能辨别个人意见并 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 能在基于证据的基A 上发展出主张， 能够应用所学的科学知识，做出具有证 据的结论并向他人沟通与解释”7。 浮力这章节要求学生了解浮 力是怎样产生的，会判断浮力的方向， 能计算不同沉浮情况下的浮力大小及浮 力在社会生活中的不同应用。如何构建 这些概念与知识点间的联系，且如何在 浮力的教学中促进学生不同维度科学思 维的提升，是需要提供学生体验、构建 的情境。基于概念图有助于学生将新学 习的信息和已有的概念联系起来，在深 刻理解的基础上寻找关键词，将新信息 有机整合到原有知识框架中。一方面通 过概念图的绘制，学生将书本中原本琐 碎、复杂的知识点高度概括化、系统化， 另一方面通过不同学生所绘制的概念图 的交流与论证，体验科学思维的深刻性 和批判性。如图 3（a ） 、图 3（b）为不 同学生基于浮力产生原因、浮力大小测 量、沉浮条件及其应用等学习绘制的概 念图： 概念图能使构建环节的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 思维过程具体、可视地呈现出来，通过 生生之间、师生之间的交互，便于学生 剖析自己的思维过程与他人之间的差异。 如概念图 3（a ）将浮力的大小、方向、 沉浮条件与应用作为一级概念，其中浮 力的大小包括浮力的测量与浮力的计算， 物体的沉浮条件涉及上浮（GF） 、悬浮 与漂浮（G=F）三种情况；图 3（b）将 浮力的大小、方向、科学定律的发现、 物体的浮沉条件作为一级概念，浮力的 大小关注测量方法与影响因素，将上浮 四种情况与受力分析及浮力的应用作为 物体浮沉条件的二级概念。两个概念图 的绘制有共通之处，也呈现了不同，尤 其表现在物体的沉浮条件与浮力大小， 学生针对物体沉浮条件为什么可以只通 过浮力与重力的关系来判断，为什么将 重力与浮力的关系、物体密度与液体 （气体）密度的关系一起作为物体沉浮 判断的论证，提出概念图划分的方法与 依据，引导学生重视证据的解释、评价。 在论证、评价交流中反复验证或解释自 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 己对科学概念及其关系的理解，运用证 据支持或反驳他人观点等，有助于促进 批判性思维的发展，也利于学生对概念 和规律的深层理解与学习。 3 以科学史与科学探究，促进对 科学是什么的认识 科学课程是体现科学本质的课程， 认识科学本质有助于促进学生科学认知、 科学探究能力与科学情感态度等方面的 发展，有助于促进学生科学素养的提升。 “什么是科学 ”这个问题的追问一直以来 是科学教育实践中努力践行、试图回答 与解决的问题，也是国际科学教育界长 久关注与研究的方向。伴随着科学本质 理解逐渐成为“ 表述最普遍的科学教育 目标之一”（ Kimball， M.E.， 19671968）8，也因此提出“ 科学是 什么”的不同内涵与理解，突显了科学 本质的核心内涵，包括人类对科学的认 识是一个发展的过程，科学是基于证据 的，科学是基于社会文化的，科学家发 现科学的过程中蕴含着一定的主观性， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 科学发现的过程有诸多的科学方法等。 科学教学中如何促进学生对这些 科学本质内涵的理解，呈现了科学史哲 9与科学探究10 在教学中的价值。 “浮 力”相关的科学定律发现的过程也蕴含 着丰富的科学史，尤其凸显了对阿基米 德科学定律发现的历史的关注。通过对 科学史情境的创设与科学定律发现史过 程的关注，引导学生思考为什么不是其 他的科学家而是阿基米德发现了这一科 学定律，阿基米德定律为什么是正确的 （证据有哪些）等，让学生在理解概念 的基础上促进科学思维与态度的发展， 也让学生知道：认识科学是基于证据的； 科学发现是一个过程；这个过程受科学 家思想价值观等影响。经历阿基米德定 律的发现史可以让学生感知知识产生的 过程，理解知识产生的特点，理解科学 定律发现与社会需求的关系。在认识科 学定律的发现过程后， “浮力 ”的教学中 要引导学生经历与科学家相似的探究过 程，通过探究活动来理解浮力大小、方 -精选财经经济类资料- -最新财经经济